See http://saireya.hateblo.jp/entry/class/programming for details.

1. プログラミング
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2. プログラミング
プログラム
実行すべき命令を書き並べたもの
※ プログラミング
プログラムを作成すること
例: 式典のプログラム
1 開式の辞
2 校歌
3 校長式辞
4 閉式の辞
Figure: アラン・チューリング Figure: フォン・ノイマン 2 / 35

3. プログラミング
オブジェクト指向プログラミング
互いにメッセージを送るオブジェクトの集まりとしてプログラムを作成
sensor
car1
tire
回転数と向きを変更
road
進行方向を指示
car2 障害物がないか確認
障害物の有無を伝達
加速状況を確認
加速度の変化を伝達
driver
行き先を指定
Figure: 自動運転でのメッセージ交換
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4. プログラミング
実習:Squeak
自動運転プログラムの作成
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5. プログラミング
アルゴリズム
問題を解く手順のこと
※ フローチャート (流れ図): アルゴリズムを図形と線で記述した図
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6. プログラミング
アルゴリズムの基本構造
• 順次 (逐次)
命令を 1 つずつ順
に、s1 の次に s2 を
実行する
• 選択 (条件分岐)
条件 P が真なら
s1、偽なら s2 と実
行する命令を選ぶ
• 反復 (繰り返し)
条件 P が真である
限り命令 s1 を繰り
返す
s1
s1
PP
s1
Yes No
s2s2
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7. プログラミング
例 1: 自動運転
自動運転のアルゴリズムを、フ
ローチャートで表す
※ 順次、選択、反復をすべて
用いる
開始
終了
Figure: 自動運転
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8. プログラミング
例 1: 自動運転
自動運転のアルゴリズムを、フ
ローチャートで表す
※ 順次、選択、反復をすべて
用いる
車を進める
開始
終了
右センサーが
道路上 車を左に回す
No
左センサーが
道路上 車を右に回す
No
Yes
Yes
Figure: 自動運転
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9. プログラミング
例 2: 自然数 p の素数判定
1 p = 1 なら p は素数でないので終了する
2 変数 n に 2 を代入する
(代入文は n = 2 のように表す)
3 n が p より小さければ次の命令を実行
1 もし p が n で割り切れたら、p は合
成数なので終了する
2 (そうでなければ、)n に 1 を加える
3 (3) へ戻る
4 (n = p より)p は素数だと分かったので
終了する
開始
終了(p:素数)
終了(p:合成数)
終了(p:非素数)
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10. プログラミング
例 2: 自然数 p の素数判定
1 p = 1 なら p は素数でないので終了する
2 変数 n に 2 を代入する
(代入文は n = 2 のように表す)
3 n が p より小さければ次の命令を実行
1 もし p が n で割り切れたら、p は合
成数なので終了する
2 (そうでなければ、)n に 1 を加える
3 (3) へ戻る
4 (n = p より)p は素数だと分かったので
終了する
n = 2
n < p
p / nが整数
n = n+1
No Yes
開始
終了(p:素数)
終了(p:合成数)
p = 1
Yes
終了(p:非素数)
No
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11. プログラミング
Python でのプログラム例
1 def isPrime(p):
2 if p == 1:
3 return False
4 for n in range(2, p):
5 if p % n == 0:
6 return False
7 n += 1
8 return True
n = 2
n < p
p / nが整数
n = n+1
No Yes
開始
終了(p:素数)
終了(p:合成数)
p = 1
Yes
終了(p:非素数)
No
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12. プログラミング
Scratch でのプログラム例
n = 2
n < p
p / nが整数
n = n+1
No Yes
開始
終了(p:素数)
終了(p:合成数)
p = 1
Yes
終了(p:非素数)
No
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13. プログラミング
例 3: 郵便物を受け取る
「郵便受けを見てきて!」という指示には、
「
1 郵便受けのある玄関まで行く
2 郵便受けのフタを開ける
3 郵便受けの中に
郵便物が入っているか確認する
4 もし郵便物が入っていたら、
それを取り出す
5 郵便受けのフタを閉める
6 居間へ戻ってくる
…ということをしてほしい」
という極めて複雑な意味がある
開始
終了
玄関へ行く
フタを開ける
中を確認する
郵便物が
あるか?
郵便物を
取り出す
フタを閉める
居間へ戻る
No
Yes
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14. プログラミング
参考: 自閉スペクトラム障害 (ASD)
他人との社会的関係の形成の困難さ、言葉の発達の遅れ、興味や関心が狭く
特定のものにこだわることを特徴とする行動の障害
※ 以前「自閉症」「アスペルガー症候群」と呼ばれていたもの
ASD の人の特徴
• 言葉の裏の意味・皮肉を理解しにくい
• 曖昧な (不明瞭な・一貫性のない) 指示を理解しにくい
• 暗黙のルール (いわゆる「常識」) が分かりにくい
• 人の言うことを鵜呑みにしてしまう・騙されやすい
• 複数の答えがある質問に答えにくい
出典:「アスペな大人」 (http://asperger.nerim.info)
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15. プログラミング
ASD の人とのコミュニケーション例
「郵便受けを見てきて!」と指示すると、
• 「郵便受けを見てきて!」
→ (玄関へ) →「見てきたよ!」
⇨ 「何か入っていた?」「?」
• 「郵便受けの中に何か
入っていないか確認してきて!」
→ (玄関へ)
→ 「新聞が入っていたよ!」
⇨ 「新聞は?」「?」
• 「郵便受けに入っていた
新聞を取ってきて!」
→ (玄関へ)
→「取ってきたよ!」
開始
終了
玄関へ行く
フタを開ける
中を確認する
郵便物が
あるか?
郵便物を
取り出す
フタを閉める
居間へ戻る
No
Yes
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16. モデル化
モデル (model)
現実の現象から
じょうちょう
冗 長 な部分を除き、本質的な部分のみに単純化 (抽象化)
したもの
※ モデル化 (modeling): モデルを作成すること
モデル化の利点
• 似た現象を同じ考え方で考察できるようになる
• 現象の本質的な理解や分析が容易になる
• 現象を擬似的に再現 (シミュレーション) できる
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17. モデル化
モデルの妥当さ
何を現象の「本質」だと捉えるかにより、「良い」モデルは異なる
• 何を選び何を捨てるかは、モデル作成の目的により変わる
• 現象のどの部分に意味を見出すかは、機械には判断できない
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18. 表
表
縦方向の行 (1, 2, ⋯) と、横方向の列 (A, B, ⋯) で定まるセル (cell) からなる
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19. 表
数式
数式は「=」で始める
= 3 + 2
= 3 ∗ 2
= 3/2
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20. 表
セルのコピー
右下隅の「■」をドラッグする
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21. 表
行・列の固定
数字 or アルファベットの前に「$」を追加する
= A$1 ∗ $B2
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22. 表
実習: 九九の表
1 × 1 = 1, ⋯ , 9 × 9 = 81 までの積の表を作成する
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23. 関数
関数
ひきすう
引数を受け取り値を返す
関数名(引数 1, 引数 2, ⋯)
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24. 関数
平方根: sqrt 関数
引数の (正の) 平方根 (square root) を返す
sqrt(4) = 2
余り: mod 関数
第 1 引数を第 2 引数で割った余り (modular) を返す
mod(7, 3) = 1(7 ≡ 1(mod3))
合計: sum 関数
引数の合計 (sum) を返す
sum(a1, a2) = sum(a1 ∶ a2)
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25. 関数
条件分岐: if 関数
条件の真偽により返す値を変える
if(条件, 真のとき, 偽のとき)
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26. 乱数
乱数: rand 関数
0 以上 1 未満の乱数 (random) を返す
0 ≤ rand() < 1
切り捨て: int 関数
引数の整数部分 (integer, [x]) を返す
int(3.4) = 3
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27. 乱数
順位: rank 関数
第 1 引数の第 2 引数の範囲内での順位 (ranking) を返す
rank(順位を求める数値, 対象範囲)
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28. 乱数
実習: 席替えプログラム
rand, rank 関数を組み合わせる
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29. 乱数
数え上げ: countif 関数
第 1 引数の範囲内で第 2 引数の条件を満たすセルの個数を数える
countif(対象範囲, 50)(範囲内で値が 50 のセルの個数)
countif(対象範囲, " > 50")(範囲内で 50 より大きいのセルの個数)
countif(対象範囲, " >= 50")(範囲内で 50 以上のセルの個数)
countif(対象範囲, "abc")(範囲内で値が文字列 abc のセルの個数)
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30. 乱数
実習: サイコロの頻度分布
rand 関数の結果を countif 関数で数え上げる
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31. マクロ
マクロ
ユーザが行う処理を自動化
• Excel のマクロは VBA(Visual Basic for Applications) という言語で記
録される
※ VBA は強力なので、通常は無効化されている
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32. シミュレーション
モンテカルロ法
確率的な手法で近似的に解を計算する手法
• 厳密解の算出に時間を要する問題の近似解を短時間で導出可能
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33. シミュレーション
演習: 円周率の推定
1 辺 r の正方形内に半径 r、中心角 90∘
の扇形があ
るとき、
(正方形の面積) ∶ (扇形の面積) = S1 ∶ S2
= r2
∶ 𝜋r2
×
1
4
= 4 ∶ 𝜋
正方形上に Nall 個の点を蒔いたとき、Nin 個が扇
形上にあるとすると、
4 ∶ 𝜋 ≃ Nall ∶ Nin
より、 𝜋 ≃ 4 ×
Nin
Nall
S1 = r²
S2 = π r²/4
r
r
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34. シミュレーション
開始
終了
[総数][内部]を0に
[総数]を1増やす
x2
+y2
1?≦
[内部]を
1増やす
π=4×[内部]/[総数]
No
Yes
0以上1未満のx,yを
ランダムにとる
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35. Reference I
Edger Wybe Dijkstra. “Go to statement considered harmful”. In: Communications of the
ACM 11 (Mar. 1968), pp. 147–148. doi: 10.1145/362929.362947.
National Portrait Gallery. Alan Mathison Turing. url:
http://www.npg.org.uk/collections/search/portrait/mw63680.
Wikimedia. File:JohnvonNeumann-LosAlamos.gif. url:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:JohnvonNeumann-LosAlamos.gif.
アスペな大人. url: http://asperger.nerim.info.
文部科学省. 主な発達障害の定義について. url:
http://www.mext.go.jp/a_menu/shotou/tokubetu/004/008/001.htm.
日本工業標準調査会. JISX0121: 情報処理用流れ図・プログラム網図・システム資源図記号.
1970. url: http://www.jisc.go.jp.
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